08食质第四章

2、加热器型式的选定
（1）根据加工食品的形状、数量及加工要求来选定； （2）要求连续生产时，选用有输送带的加热器； （3）小批量生产或实验室试验以及食堂、家庭烹调 用场合，可选用箱式加热器； （4）对薄片材料，一般可选用开槽波导或慢波结构 的加热器； （5）较大或形状复杂的物料，为了获得均匀加热， 则往往选用隧道式加热器。
五、微波加热的影响因素分析
从上面几个计算式中可以看出影响微 波加热的因素有微波频率、电场强度、物 料介电系数、物料密度、物料比热和物料 损耗角正切。而其中物料的介电性质(εr， tgδ)往往又是频率的函数。
1、频率
(1)从加热的角度看，频率越高，加热速度越快； (2)频率越高，波长λ便越短，其穿透深度便越小。 (3)频率还要影响介质损耗系数。室温下纯水在 2450MHz时的介质损耗系数约为915MHz的3倍。 0.1M的氯化钠镕液，在2450MHz时的介质损耗系 数大于915MHz时的2倍。
83.64
67.70
2、微波炉方便食品
在美国，微波炉方便食品分为两大类： 一类是在常温下流通的，它已经经过高温杀 菌或采用热装技术和无菌包装技术包装， 在常温下可贮存半年或一年； 二是在低温下流通的，这类食品大多以其可 用作微波炉加热和普通炉加热的容器包装。
日本的微波炉食品有四大类： 高温杀菌食品，如红小豆饭和米饭、沙司调料等； 耐热容器装的冷冻食品，如虾肉米饭、什锦意式皮 杂饼等； 加水后用微波烹调的食品，如鸡菜粥、各类蛋糕等； 冷藏食品，如炖牛肉、咖喱牛肉、玉米奶油汤等。
1、微波炉烹调食品
(1)微波炉烹调食品的优点 (2)加热效果与食品的含水量和容器的形状有 关。食水量达70％以上时，会产生加热不 均匀现象。用方形的容器，会出现四角处 先热的现象。
表4-2 微波烹调和煤气烹调对几种食物 中维生素C保存率的影响
维生素C保存率
蔬 菜
微波烹调
卷心菜 大白菜 48.23 91.30
3、微波的传统应用是将微波作为一种传递信 息的媒介，应用于雷达、通讯、测量等方 面。 4、目前915MHz和2450MHz 2个频率已广泛 地为微波加热所采用。
二、微波加热的原理
1、热效应
在2450MHz的高频电场中，介质中一端带正 电、一端带负电的偶极子随外加电场方向改变作 迅速的摆动。并与相邻分子产生类似摩擦的作用， 使分子获得能量而生热。
图4-5 谐振腔加热器结构示意图 1.波导 2.搅拌器 3.反射板 4.腔体 5.门 6.观察窗 7.排湿孔
特点： 被加热物体在谐振腔内 各个方面都能受热；
微波在箱壁上损失极小；
能量的泄漏很少，不会 危及操作人员的安全 。
图4-6 谐振腔微波加热器工作原理图 1.磁控管 2.微波辐射器 3.食品物料 4.塑料制台 5.腔体 6.电场搅拌器
图4-1 介质中偶极子的排列 (a)未加电场 (b)加直流场
2、非热效应
（1）生物物理角度解释。
①细胞膜离子通道解释模型。 ②蛋白质变性解释模型。 ③电磁波改变生物体内生化反应平衡的解释模型。
（2）从能力角度考虑，破坏细胞结构中的次 级键。 （3）微波对微生物有生物学效应。
三、微波加热的特点
1、优点
第四章 微波应用
讲授内容
第一节 微波的特性及加热原理 第二节 微波加热设备 第三节 微波在食品加工中的应用
第一节 微波的特性及加热原理
一、微波的基本特性
1、微波一般是指波长在1mm～1m范围(其 相对应的频率为300～300000MHz)的电 磁波。 2、微波穿透、反射、吸收的特性：能穿透 玻璃、纸和塑料等材料；遇到金属材料 时发生反射；一般的食品物料可以吸收 微波。
（1）开槽波导加热器
（也称蛇形波导加热器和曲折波导加热器）
图4-10 压缩曲折波导外形图 1.微波输入 2.弯曲波导 3.终端负载 4.传输带 5.宽壁中心无辐射缝 6.排湿孔
（2）V型波导加热器
是矩形波导加热 器的一种变型； 通过V型波导改 善电场分布，使物 料加热均匀。 图4-11 V型波导加热器示意图 1.抑制器 2.微波输入 3.V型波导 4.接水负载 5.物料入口 6.物料出口
2、隧道式加热器
也称连续式谐振腔加热器。这种加热器可以 连续加热物料。
图4-7 连续式谐振腔加热器之一
图4-8 连续式谐振腔加热器之二
图4-9 连续式多谐振腔加热器示意图 1.磁控管振荡源 2.吸收水负载 3.被加热物料 4.辐射器 5.传送带
3、波导型微波加热器
即在波导的一端输入微波，在另一端有吸 收剩余能量的水负载，这样使微波能在波导内 无反射地传输，构成行波场，这类加热器又称 为行波场波导加热器。
3、电源总功率的估算
P’= P/η
式中 P’——需选用的微波加热器的功率容量，kW P——计算得到的微波功率，kW η——微波加热效率，一般在0.5~0.8左右
第二节 微波加热设备
一、微波加热设备的基本组成
微波加热设备主要由电源、微波管、连接波导、 加热器及冷却系统等几部分组成。
图4-4 微波加热设备组成示意图
4、物料的密度
从温升计算公式
显然可见，物料的密度大，其升温速度慢。 (1)物料密度增加，介电系数以近似成线性关系趋于增加； (2)密度高的物料如骨头对微波的吸收较差，且对微波有 反射作用。
5、物料的比热容
(1)比热容小的物质温度升高的速度快 (2)在多组分食品的微波加热研究中，应该很 好地对比热容加以控制，以便使各组分的 加热速度达到基本同步的要求。
3、微波炉食品的容器
(1)高温杀菌类微波炉食品的容器 ①欧洲Cobelplast公司开发的共挤出容器，其复 杂的备层材料为PP／粘接层／PVDC／粘接层 ／PP，可装汤类食品，也可装炖牛肉等食品。 ②美国Dow化学公司开发的耐热塑料容器，其制 作材料为PET／PVDC／PP复合而成的透明薄 膜。 ③奥姆尼罐，其容器的复合材料为PP(190μm)/粘 结层（32μm）/EVOH(46μm)/ 粘结层（32μm） / PP(160μm)。
六、微波加热工艺的计算
1、加热物料耗用的微波功率
式中
P――耗用的微波功率，kW ΔT－－物料升温，K c－－物料比热容，J／(kg· ℃) m－－物料质量，kg t－－微波作用的时间，s
2、物料干燥需耗用的微波功率
式中
P——耗用的微波功率，kW Q——液体蒸发潜热或汽化热, J/kg m'——蒸发的液体量, kg ΔT、c、W、t——同上式
微波在食品加工中的应用领域
一、食品微波烹调 二、食品微波干燥 三、食品微波解冻 四、食品微波杀菌和保鲜 五、食品微波焙烤与烘烤 六、微波膨化 七、微波萃取
一、食品微波烹调
微波炉烹调食品具有方便、快速，维生素等营养 成分损失少，鲜嫩多汁等优点。因此近年来，家 用微波炉的普及很快。美国1992年普及率超过90 ％，我国城市的普及速度也很快。 微波烹调食品主要有二种形式：一种是在家庭和 食堂中自己配料烹调食品，另一种方式就是公司 推出微波炉方便食品。后者消费者购买后，不打 开包装直接用微波炉加热后即可食用。微波炉方 便食品发展很快。
1、衰减常数α
在介质内部传输的微波，波的振幅将按指数关系随深 入距离而衰减，即A＝Amaxe-αx，若介质厚度一定，则从介 质出来的衰减后的微波称为穿透微波。上式中α称为衰减常 数。α可用下式表示：
式中 f——微波的频率，Hz c——光速，约为3×108m／s εr——介质相对介电系数，即介质的介电系数与真空的介 电系数之比（物质能吸收多少微波能。） ur——介质相对导磁率 tgδ——介质损耗角正切 εr tgδ——介质相对损耗系数，有时用ε’’表示（物质吸收的 微波能多少能转化为热能）
（3）直波导加热器
微波管在激励 器内建立起高频 电场，电磁波由 激励器分两路向 主波导传输，物 料在主波导内得 到加热。 图4-12 直波导加热器示意图 1.抑制器 2.激励器 3.微波输入
4、辐射型微波加热器
利用微波发生器产生的微波通过一定的转换装 置，再经过辐射器（又称照射器、天线)等向外辐 射的一种加热45年美国雷声公司的Dr. Percy Spencer在做雷 达试验时，偶然发现了微波使食品生热的特性； 1952年，申请到第一个微波能用于食品加热的专 利。 1947年，马文· 贝克根据这一微波热效应加热原理， 研制了第一台用于加热食品的大型微波炉，当时 称之为雷达炉。 1965年，美国佛特食品公司首次使用了微波炉进 行工业化食品加工。 1975年，扬州第一食品厂采用微波加热干燥灭菌 法生产乳儿糕。
2、缺点
由于采用微波加热时食品物料受热均匀，很难 达到着色、烤香及脆感等效果。
传统加热 微波加热 采用包装材料使微波加热达到类似传统加热的效果 120 T(℃) 100 80 60 40 20 0
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图4-2 传统加热和微波加热时物料不同部位温度的比较
四、微波加热计算公式
(1) 是物体的内部加热，加热速度快，加热均匀性好； (2) 加热易于瞬时控制： 微波加热的热惯性小，可以立 即发热和升温，易于瞬时控制； (3) 选择性吸收：不同成分吸收微波的能力不同，这 种微波加热的选择性有利于产品质量的提高； (4) 加热效率高：基本上不辐射散热，热效率可高达 80%。同时，避免了环境的高温，改善了劳动条件。
2、介质吸收微波功率计算式
式中 P——单位体积介质所吸收的功率，W／m3。 E——电场强度，V／m ε0——真空介电常数，其值ε0＝8.854×1012
3、物料温升计算公式
式中
ΔT——单位时间物料温度升高，k/s ρ——物料密度，kg／m3 c——比热容，J／kg· K
4、介质的微波穿透深度计算式
二、微波加热设备的类型
按被加热物和微波场的作用形式分为四类： 驻波场谐振腔加热器 行波场波导加热器 辐射型加热器 慢波型加热器